DE2225577A1 - COBALT-CHROME-BASED ALLOY - Google Patents

COBALT-CHROME-BASED ALLOY

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DE2225577A1 DE2225577A DE2225577A DE2225577A1 DE 2225577 A1 DE2225577 A1 DE 2225577A1 DE 2225577 A DE2225577 A DE 2225577A DE 2225577 A DE2225577 A DE 2225577A DE 2225577 A1 DE2225577 A1 DE 2225577A1
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Description

? ? ? S R 7? ? ? S R 7

Unsere Akte: 27 500 25. Mai 1972"^^' Our files: 27 500 May 25, 1972 "^^ '

Bn/CBn / C

Edelstahlwerk Witten Aktiengesellschaft, 5810 Witten, Auestraße 4Edelstahlwerk Witten Aktiengesellschaft, 5810 Witten, Auestrasse 4

"Legierung auf Kobalt-Chrom-Basis" " Alloy based on cobalt-chromium"

Die Erfindung betrifft eine Legierung auf Kobalt-Chrom-Basis. Sie weist verbesserte Zähigkeitseigenschaften auf und ist insbesondere für Zahnprothesengerüste und chirurgische Implantate geeignet.The invention relates to an alloy based on cobalt-chromium. It has improved toughness properties and is particularly suitable for dental prosthesis frames and surgical implants.

Kobalt-Chrom-Legierungen sind im Maschinenbau vornehm- . lieh zum Herstellen von Teilen bekannt, die starken korrosiven und mechanischen Belastungen bei hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Sie sind aber gleichermaßen in der Chirurgie zum Herstellen von Implantaten und in der Zahnheilkunde zur Herstellung von Prothesengerüsten bekannt.Cobalt-chromium alloys are important in mechanical engineering. borrowed for making parts that are highly corrosive and are exposed to mechanical loads at high temperatures. But they are equally into surgery known for the manufacture of implants and in dentistry for the manufacture of prosthetic frameworks.

In den genannten medizinischen Bereichen haben vor allem solche Legierungen Bedeutung gewonnen, die neben Kobalt als Basiselement 26 bis 31% Chrom, 4 bis 6,5% Molybdän, bis zu jeweils 1% Silizium, Mangan und Eisen sowie 0,3
bis 0,5% Kohlenstoff enthalten. Daneben werden auch Legierungen verwendet, die, hauptsächlich auf Kosten des
Kobaltgehaltes, bis zu 20% Nickel.aufweisen und teilweise noch bis auf 6% im Silizium- und Mangangehalt erhöht sowie mit Zusätzen an Kupfer, Aluminium, Titan; Niob,In the medical fields mentioned above, alloys have gained in importance which, in addition to cobalt as a base element, contain 26 to 31% chromium, 4 to 6.5% molybdenum, up to 1% each of silicon, manganese and iron and 0.3
contain up to 0.5% carbon. In addition, alloys are also used, which, mainly at the expense of
Cobalt content, up to 20% nickel and sometimes increased up to 6% in silicon and manganese content as well as with additions of copper, aluminum, titanium ; Niobium,

30 9 849/071830 9 849/0718

Vanadin, Zirkon, Tantal, Beryllium und Bor, und zwar einzeln oder in Kombination, versehen sein können.Vanadium, zircon, tantalum, beryllium and boron, individually or in combination, can be provided.

Die Verwendung der angesprochenen Kobalt-Chrom-Legierungen in der Chirurgie und Zahnheilkunde beruht darauf, daß sieThe use of the mentioned cobalt-chromium alloys in surgery and dentistry is based on the fact that they

a) beständig gegenüber den im Körper und in der Mundhöhle auftretenden korrosiven Beanspruchungen sind,a) are resistant to the corrosive stresses occurring in the body and in the oral cavity,

b) sich leicht zu den häufig sehr komplizierten Formen ■ vergießen und gut bearbeiten lassen,b) easy to cast into the often very complicated shapes and ■ easy to work with,

c) einen hohen Elastizitätsmodul sowie eine große Festigkeit und Härte besitzen. Die bekannt gewordenen Werte liegen für den Elastizitätsmodul bei durchschnittlich 220.000 N/mm und Je nach der Festigkeitsstufe der Legierung für die technische Elastizitätsgrenze (O,01-Grenze) bei rd.c) have a high modulus of elasticity and great strength and hardness. The values that have become known are an average of 220,000 for the modulus of elasticity N / mm and depending on the strength level of the alloy for the technical elasticity limit (0.01 limit) at approx.

390 bzw. 440 N/mm , für die 0,2-Grenze bei rd. 600 bzw. 625 N/mm2 und für die Zugfestigkeit bei rd. 880 bzw. 910 N/mm . Für die Härte werden Werte von 340 bzw. 380 HB angegeben. 390 or 440 N / mm, for the 0.2 limit at around 600 or 625 N / mm 2 and for the tensile strength at around 880 or 910 N / mm. Values of 340 and 380 HB are given for the hardness.

Ein Nachteil der beschriebenen Kobalt-Chrom-Legierungen ist ihre geringe Verformungsfähigkeit. Sie wird üblicherweise durch die Bruchdehnung ausgedrückt. Die bekannt gewordenen Werte sind zwar sehr unterschiedlich, bewegen sich aber überwiegend zwischen 2 und 6%. Der höchste mitgeteilte Wert liegt bei 8%. Wegen dieser niedrigen Dehnungswerte der Legierungen können an den daraus hergestellten Teilen plastische Verformungen, z.B. Richtarbeiten an den Halteklammern von Zahnprothesengerüsten, ohne Bruchgefahr nur sehr begrenzt ausgeführt werden.A disadvantage of the cobalt-chromium alloys described is their poor ductility. It is usually expressed in terms of elongation at break. The values that have become known are very different, but mostly range between 2 and 6%. The highest reported value is 8%. Because of these low elongation values of the alloys, plastic deformations, for example straightening work on the retaining clips of dental prosthesis frames, can only be carried out to a very limited extent on the parts made from them without the risk of breakage.

Es sind deshalb titanhaltige Legierungen auf Kobaltbasis mit verbesserter Verformungsfähigkeit bei gleicher oder ge- There are therefore titanium-containing alloys based on cobalt with improved deformability with the same or equal

30 9849/071830 9849/0718

steigerter Festigkeit entwickelt worden. Diese Legierungen enthalten außer Kobalt 5 bis 15% Chrom, 5 bis 15% Nickel, bis zu 3% Molybdän, bis zu 1% Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Aluminium und/oder Eisen sowie 4 bis 10% Titan. Die'angegebenen Werte bewegen sich für die 0,2-Grenze zwischen rd,increased strength. In addition to cobalt, these alloys contain 5 to 15% chromium, 5 to 15% nickel, up to 3% molybdenum, up to 1% carbon, silicon, manganese, aluminum and / or iron and 4 to 10% titanium. The values given range for the 0.2 limit between approx.

2
560 und 800 N/mm , für die Zugfestigkeit zwischen rd. 8452
560 and 800 N / mm, for the tensile strength between approx. 845

und 1.110 N/mm , für die Dehnung zwischen 10 und 12,7%. und für die Brinellhärte zwischen 330 und 380 kp/mm . Diese Legierungen haben jedoch wegen der sehr hohen Affinität des Titans zum Sauerstoff den wesentlichen Nachteil, daß sie unter Vakuum oder Schutzgas erschmolzen werden müssen, und daß sie zum Herstellen der Prothesen und Implantate nur mit einem Acetylen-Sauerstoff-Brenner bei absolut neutral eingestellter Flamme und nicht mit den teilweise auch gebräuchlichen Hochfrequenz-Induktions-Heizquellen aufgeschmolzen werden können.and 1,110 N / mm, for the elongation between 10 and 12.7%. and for the Brinell hardness between 330 and 380 kp / mm. However, due to the very high affinity of titanium for oxygen, these alloys have the major disadvantage that they have to be melted under vacuum or protective gas, and that they are used to manufacture the prostheses and implants only with an acetylene-oxygen burner at absolut neutral set flame and not with the sometimes common high-frequency induction heating sources can be melted.

Es sind schließlich auch Legierungen auf Kobalt-Chrom-Basis bekannt, die neben Kobalt aus 20 bis 28% Chrom, 10 bis 20% Nickel» sehr eng begrenzten Gehalten an Molybdän, nämlich 3,7 bis 4,1%, und an Kohlenstoff, nämlich 0,18 bis 0,22%, bestehen. Infolge dieser engen Begrenzung der Molybdän- und Kohlenstoffgehalte wird die Dehnung auf 10 bis 14,5% erhöht. Diesem Vorteil steht jedoch als wesentlicher Nachteil ein spürbares Absinken der Festigkeits- . eigenschaften gegenüber. Die angegebenen Werte liegen für:, die 0,1-Grenze zwischen 375 und 415 N/mm , für die Zug-Finally, there are also alloys based on cobalt-chromium known that in addition to cobalt from 20 to 28% chromium, 10 to 20% nickel »very narrowly limited molybdenum contents, namely 3.7 to 4.1%, and of carbon, namely 0.18 to 0.22%. As a result of this narrow limitation of the With molybdenum and carbon, the elongation is increased to 10 to 14.5%. However, this advantage stands out as essential The disadvantage is a noticeable drop in strength. properties opposite. The values given are for :, the 0.1 limit between 375 and 415 N / mm, for the tensile

festigkeit zwischen 595 und 715 N/mm und für die Härte (DPH) zwischen 270 und 310 kp/mm2.strength between 595 and 715 N / mm and for the hardness (DPH) between 270 and 310 kp / mm 2 .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezählten Nachteile zu vermeiden und gleichzeitig die gute Verformbarkeit zu erhalten oder gar zu verbessern.The invention is based on the object of avoiding the disadvantages listed and at the same time ensuring good deformability to maintain or even improve.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch eine Le-The object is achieved according to the invention by a Le-

309849/0718309849/0718

gierung auf Kobalt-Chrom-Basis mit 26 bis 31% Chrom, 4 bis 6,5% Molybdän, bis 2%, vorzugsweise 1,5% Silizium^ bis 6%,vorzugsweise 3% Mangan, bis V/o Eisen, jeweils bis 0,5% Kohlenstoff und' Stickstoff bei einer Summe (C + N) bis 0,7%, Rest Kobalt einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen»alloy based on cobalt-chromium with 26 to 31% chromium, 4 to 6.5% molybdenum, up to 2%, preferably 1.5% silicon ^ to 6%, preferably 3% manganese, up to V / o iron, up to 0.5% carbon and nitrogen with a sum (C + N) of up to 0.7%, the remainder cobalt including impurities caused by the melting »

Für besondere Anwendungsfälle sollte sowohl der Siliziumwie auch der Mangangehalt jeweils 1% nicht überschreiten. Weiterhin ist ein Borgehalt bis 0,5%> vorzugsweise Q,01 bis 0,15%, vorgesehen.For special applications, both the silicon and the manganese content also does not exceed 1% in each case. Furthermore, a boron content of up to 0.5% is> preferably Q.01 to 0.15%.

Beispiele für Legierungen nach der Erfindung sind in Tabelle I zusammengefaßt. Die zugehörigen mechanischen Eigenschaften enthält Tabelle II. Examples of alloys according to the invention are summarized in Table I. The associated mechanical properties are given in Table II.

309849/071 β309849/071 β

Tabelle Tabel 1 1 - Chemische Zusammensetzung- Chemical composition

Beispielexample CC. NN (C+N)(C + N) SiSi MhMh CoCo -- CtCt MoMon BB. 1 I 1 I. Nr.No. 0000 .00.00 (%)(%) (%)(%) (°/o)(° / o) (Yo)(Yo) (%)(%) (Yo)(Yo) (%)(%) VJlVJl 11 0,0210.021 0,370.37 0,390.39 1,161.16 0,990.99 61,561.5 26,8326.83 5,125.12 -- II. 22 0,0140.014 0,290.29 0,300.30 1,251.25 1,021.02 61,461.4 27,6527.65 4,984.98 -- 33 0,0130.013 0,220.22 0,230.23 1,011.01 0,960.96 62,462.4 27,6527.65 5,005.00 -- OJ
f—\ OJ
f— \ 4 '4 ' 0,120.12 0,190.19 0,310.31 0,950.95 2,922.92 59,859.8 27,9727.97 5,105.10 -- *»—** »- *
toto 55 O.,12O., 12 0,210.21 0,330.33 .0,90.0.90 2,772.77 59,959.9 27,9927.99 5,105.10 0,0170.017 CDCD 66th 0,120.12 0,220.22 0,340.34 1,101.10 2,962.96 59,559.5 27,2727.27 5,945.94 .0,11.0.11 €£>€ £> 77th 0,160.16 0,330.33 0,490.49 1,001.00 0,970.97 62,262.2 27,7027.70 5,045.04 -- OO 88th 0,32'0.32 ' 0,150.15 0,47.0.47. 0,660.66 0,310.31 64,564.5 27,8027.80 5,215.21 -- ■•-3■ • -3 99 0,140.14 0,390.39 0,530.53 1,271.27 3,103.10 58,558.5 2?, 912?, 91 5,095.09 —- CDCD

Tabelle II - Mechanische EigenschaftenTable II - Mechanical Properties

00,2 0 0.2 0ZB 0 E.g. δ5 δ 5 Härte
HV 30hardness
HV 30 Beispiel
Nr0 example
No. 0 N/mm2 N / mm 2 N/mm2 N / mm 2 %% kg/mmkg / mm 580580 735735 8,28.2 516516 11 56^56 ^ 795795 14,614.6 311311 22 570570 845845 17,117.1 308308 33 675675 10001000 12,012.0 327327 44th 685685 10051005 12,012.0 316316 55 655655 960-960- 8,38.3 326326 66th 655655 940940 10,910.9 332332 77th 635635 895895 7,17.1 339339 88th 725725 10101010 8,28.2 328328 99

Hieraus erhellt der Einfluß des weitgehenden Ms geringfügigeren Austauschs des Kohlenstoffs gegen Stickstoff . Die günstigste Konfiguration von Festigkeit und Verformbarkeit ist jedoch zu erreichen,' wenn der Kohlenstoff gemäß den Beispielen 4 bis 9 durch Stickstoff ersetzt wird.From this the influence of the largely minor exchange of carbon for nitrogen is evident. However, the most favorable configuration of strength and ductility can be achieved when the carbon is used in accordance with Examples 4 to 9 are replaced by nitrogen.

Die Beispiele 4 bis 6 gelten für eine Summe Gew.-% (N+C) von rd. 0,30 bis 0,35%. Gegenüber einer vergleichbaren Legierung ohne Stickstoffzusatz sind sowohl die Werte für die Dehnung wie auch für die 0,2-Grenze und Zugfestigkeit beträchtlich erhöht. Die Härte ist jedoch trotz der Festigkeitssteigerung etwas erniedrigt. Das deutet darauf hin, daß die Steigerung der Zugfestigkeitswerte im Zugversuch eine unmittelbare Folge der verbesserten Verformbarkeit ist. Aus dem Vergleich der Beispiele 7 und 9 mit dem Beispiel 8 geht hervor, daß in der Summö Gew.-% (N+C) der Kohlenstoff den kleineren Anteil ausmachen und rd. 0,2% nicht überschreiten sollte.Examples 4 to 6 apply to a total of% by weight (N + C) from around 0.30 to 0.35%. Compared to a comparable alloy without the addition of nitrogen, both the values for the elongation as well as for the 0.2 limit and tensile strength increased considerably. However, the hardness is despite the increase in strength somewhat humiliated. This indicates that the increase in tensile strength values in the tensile test is a direct consequence of the improved deformability. From the comparison of Examples 7 and 9 with Example 8 it can be seen that in the summö wt .-% (N + C) the carbon make up the smaller share and should not exceed around 0.2%.

'Bei den Schmelzen der Beispiele 4 bis 6 und 9 ist der Man-'In the melts of Examples 4 to 6 and 9, the man-

3098Λ9/07183098Λ9 / 0718

2225^772225 ^ 77

gangehalt bis auf rd. 3% erhöht worden, um die Löslichkeit der Legierungen für den Stickstoff zu erhöhen. Ein Zusatz an Bor verbessert (Beispiele 5 und 6) die Vergießbarkeit. Die mechanischen Eigenschaften werden dadurch in keinem Fall beeinträchtigt. content has been increased to around 3% in order to increase the solubility of the alloys for nitrogen. An addition of boron improves (Examples 5 and 6) the castability. The mechanical properties are not impaired in any case.

309849/.ü 718309849 / .ü 718

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Legierung auf Kobalt-Chrom-Basis mit 26 bis 31% Chrom,1. Alloy based on cobalt-chromium with 26 to 31% chromium, 4 bis 6,5% Molybdän, bis 2%, vorzugsweise 1,5% Silizium, bis 6%, vorzugsweise 3%, Mangan, bis 1% Eisen, jeweils bis 0,5% Kohlenstoff und Stickstoff, bei einer Summe (Kohlenstoff + Stickstoff) bis 0,7%, Rest Kobalt einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.4 to 6.5% molybdenum, up to 2%, preferably 1.5% silicon, up to 6%, preferably 3%, manganese, up to 1% iron, in each case up to 0.5% carbon and nitrogen, with a sum (carbon + nitrogen) up to 0.7%, the remainder cobalt inclusive impurities caused by the melting process. 2. Legierung nach Anspruch 1, die jedoch höchstens 0,2% Kohlenstoff enthält.2. Alloy according to claim 1, but which does not contain more than 0.2% Contains carbon. 3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die jedoch jeweils höchstens 1% Silizium und Mangan enthält.3. Alloy according to claim 1 or 2, which, however, contains at most 1% silicon and manganese each. 4. Legierung nach den Ansprüchen 1,2 oder 3 mit bis 0,5%, vorzugsweise 0,01 bis 0,15% Bor.4. Alloy according to claims 1, 2 or 3 with up to 0.5%, preferably 0.01 to 0.15% boron. 5· Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 \ bis 4 für die Zahnheilkunde, z.B. als Werkstoff für Prothesengerüste.5. Use of the alloy according to one of claims 1 \ up to 4 for dentistry, e.g. as a material for prosthetic frameworks. 6. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 16. Use of the alloy according to one of claims 1 bis 4 für die Cirurgie, z.B. als Werkstoffe für Implantate.up to 4 for surgery, e.g. as materials for implants. 7. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 17. Use of the alloy according to one of claims 1 bis 4 als Werkstoffe für Maschinenbauteile, die bei hohen Temperaturen korrosiv und mechanisch stark beansprucht werden.up to 4 as materials for machine components that are corrosive and mechanically stressed at high temperatures will. 3098A9/07183098A9 / 0718
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